DE3041832A1 - Koaxial-doppelpumpe - Google Patents

Description

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Dipl.-Ing. Karl Schlecht 7000 Stuttgart 70, Hainbuchenweg 47

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Koaxial-Doppelpumpe

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf Hydroaxial-Pumpen in Schrägscheiben-Bauart, bei welchen 2 getrennte Axial-Kolbentriebwerke in einer Einheit zusammengebaut und mit gemeinsamem Antrieb ausgestattet sind.

In der Praxis ist eine Vielzahl solcher Pumpen bekannt geworden. Häufig werden sie ausgeführt als Doppelpumpen mit parallelen Triebwerken, deren Achsen über Zahnräder mit einer gemeinsamen Antriebswelle in Verbindung stehen. Solche Triebwerke sind vor allem als Schrägachsen-Triebwerke sehr bekannt geworden. Vorzugsweise arbeiten sie als leistungsgeregelte Axial-Triebwerke mit getrennten Aus- und Eingängen, um ihr Drucköl verschiedenen Verbrauchern zuzuführen.

Darüber hinaus sind Triebwerke bekannt, welche auf gemeinsamer Achse arbeiten und in Tandem-Bauart hintereinander geschaltet sind. Hierdurch werden Zahnradtriebe eingespart, . Solche Anordnungen sind vor allem einfach durchzuführen bei Schrägscheiben-Axialkolbentriebwerken, welche mit durchgehender Welle konstruiert sind. Hier genügt es., handelsübliche Einheiten einfach hintereinander zu schalten.

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Bekannt sind auch Bauarten, bei welchen getrennte Einzeltriebwerke entweder in Schrägscheiben- oder Schrägachsen-Bauart an einem gemeinsamen Verteilergetriebe geflanscht sind. Diese Bauart findet zunehmend Verbreitung, weil beliebige Kombinationen mit Standard-Serien-Einzelpumpen möglich werden.

Für die genannten Pumpeinheiten ergeben sich in der Praxis eine Vielfalt von Vor- und Nachteilen. Im besonderen interessiert hier die Frage der Lärm-Emission. Tatsächlich wird die Geräuschentwicklung der Axial-Pumpen immer unerträglicher, je höher die Leistungsdichte gesteigert wird, d.h. je höher Druck und Drehzahl ansteigen. Dies gilt besonders für die immer leichter und mit höherer Leistungsdichte gebauten Einzelpumpen.

Andererseits steigen durch Umwelteinflüsse die Forderungen nach leiseren Pumpen. Während bei Innenzahnrad-, Spindel-und sonstigen Pumpen-Bauarten bereits ein hohes Niveau an Geräusch-Armut erreicht wurde, ist dies bisher bei Axial-Kolbenpumpen nicht gelungen. Nicht gerechnet sind hierbei die schweren Gehäuse-Doppelpumpen alter Bauart. Sie kommen je-· doch für moderne Mobileinsätze und Hochleistungshydraulik nicht mehr infrage.

Eine weitere Forderung an moderne Mobilhydraulik, insbesondere im Fahrzeugbau, besteht darin, Pumpen hoher Leistung zu bekommen, welche schmal und leicht und mit möglichst wenig Triebwerksteilen ausgestattet sind und als schnell laufende Mehrfach-Pumpe, ausgeführt auf gemeinsamer Antriebswelle, arbeiten, um nur' mit einer einzigen Kardanwelle sämtliche Einzel-Aggregate antreiben zu können ohne Zwischenschaltung von schmierempfindlichen, teuren und die Leistung begrenzenden Zahnrädern.

ORIGINAL INSPECTED

Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, auf einfache und kostengünstige Weise eine solche Hochleistungs-Axialkolbenpumpe mit geringstmöglicher Geräuschentwicklung bei gleichzeitig höchstmöglicher Leistungsdichte und kleinen Baumaßen zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird diesfgelöst, wie im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs beschrieben. Hierbei arbeiten die beiden, vorzugsweise auf gemeinsamer, starrer Welle angeordneten Axialkolbentriebwerke quasi gegeneinander in gemeinsame·Saug- und Druckkanäle. Durch Versetzen der beiden Triebwerke unreine halbe Kolbenteilung auf der gemeinsamen Welle wird die Kolbenteilung des Gesamt-Triebwerkes quasi verdoppelt, d.h. die üngleichförmigkeit beim Druckhub halbiert. Die Neigung der beiden Schrägscheiben wird hierbei zweckmäßig parallel ausgeführt, damit die.Radialkraft der'beiden Triebwerke durch die gemeinsame Welle gegenläufig ist, um deren Durchbiegung gering zu halten.

Selbstverständlich ist es möglich, die beiden Kolbentriebwerke auch als verstellbare Schrägscheibenpumpen auszuführen. Hier werden dann die beiden Schrägscheiben'auf bekannte Weise mechanisch oder hydraulisch gekuppelt und, wie üblich, mit Servostellzylindern gemeinsam geschwenkt. So wird eine stufenlose Veränderung der gleichgerichteten Förderung beider Triebwerke bzw. deren Förderrichtungs-Umkehr bewirkt.

In Fig. I₁ ist ein Ausführungsbeispiel im Längsschnitt dargestellt. Dabei werden erfindungsgemäß 2 handelsübliche Axial-Triebwerke 1 und 2 auf gemeinsamer Welle 4 gegeneinander fördernd angeordnet, d.h. die Hydroseiten einander zugekehrt.

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Die in Gehäuse 1 und 2 angeordneten Zylindertrommel^ 7 und 8 sind auf bekannte Weise mit Verzahnung auf der Welle 4 montiert; die Schrägscheiben 5 und 6 stützen die Gleitschuhe 14 der Kolben 13 ab. Die Schrägscheibe 5 ihrerseits ist hier als Schwenkscheibe im Mittelschnitt dargestellt. Sie stützt sich über Schwenklager 15 auf die Antriebsseite des Gehäuses 1 ab. Das Schwenklager 15 ist in der Abbildung als .Gewölberollenbahn ausgeführt. Die Schwenkscheibe wird vom Servo-Verstellkolben 17 über Mitnehmer 18 auf bekannte Weise verschwenkt, um die Hubbewegung der Kolben 13 in.den rotierenden Zylindertrommeln 7 und 8 zu erzielen. Analog ist das Triebwerk 2 aufgebaut.

Die beiden Schwenk-ZSchrägscheiben 5 und 6 werden in bekannter Weise miteinander mechanisch oder hydraulisch gekoppelt und zwecks Fördermengensteuerung stufenlos geschwenkt in beide Richtungen.

Für den geschlossenen Kreis erforderliche Hilfsaggregate, Ventile etc., werden ebenfalls auf bekannte Weise mit dem Doppel-Pumpenaggregat kombiniert. Sie sind der Einfachheit halber im Bild nicht dargestellt.

Neben der schlanken Bauart der erfindungsgemäßen Anordnung ist deren geringe Geräuschentwicklung besonders hervorzuheben. Bekanntlich entsteht die Geräuschentwicklung von Axial-Kolbenpumpen durch einen hohen üngleichförmigkeitsgrad, bedingt durch das stoßweise Fordern des Kolbentriebwerks. Die Üngleichförmigkeit wirkt antriebsseitig durch die Axialkraft der Kolben in · den Zylindertrommel 7 und 8 über die Schwenkscheiben 5 und auf das verflanschte Gehäuse. Während beim Einzeltriebwerk diese Axialkraft sich frei auswirken kann und zu Axialschwingungen

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des Gehäuses führt, werden bei der erfindungsgemäßen Pumpe diese Axialkräfte im gemeinsamen, verflanschten Gehäuse gegeneinander kompensiert. Diese Kompensation bzw. gegenseitige Aufhebung von Kräften entsteht durch die gegenläufige Anordnung der beiden Axial-Triebwerke. Das Gehäuse der Einzelpumpe kann also nicht im Rhythmus der Ungleichförmigkeit der Kraftwirkung in' jedem einzelnen Förderkolben mitschwingen, sondern die durch die Kraft der einzelnen Kolben im Einzelgehäuse ausgelöste Bewegung wird direkt ausgeglichen durch die auf der anderen Seite entgegengesetzt wirkende, mechanische Kolbenkraft des zweiten Triebwerkes. Im äussersten Fall kann es zu einer axialen Dehnung des gesamten Trieb- ■ Werkes kommen. Diese löst jedoch wesentlich geringere elastische Verformungen aus, als wenn sich das gesamte Gehäuse rhythmisch in der Kolbenkraft hin und her bewegt und über seine gesamte Oberfläche wie eine schwingende Membrane oder ein schwingendes Gehäuse nach allen Richtungen, vorzugsweise nach beiden Axialrichtungen, Schall abstrahlt.

Erfahrungsgemäß tritt jedoch die größte Schallemission an diesen Axialkolben in axialer Richtung von der Hydroseite ausgehend auf, also dort, wo das Drucköl axial ausgeschoben wird. Dieser Effekt ist an den meisten Axial-Kolbenpumpen leicht messbar.

Auch hier tritt nun bei dem erfindungsgemäßen Aggregat durch fast gleichzeitig auftretende und genau gegeneinander gerichtete Druckschwingungen eine weitestgehende Kompensation auf. Die beiden Druckauslässe der Triebwerke sind.nämlich in Form des Druckkanals 12 im gemeinsamen Mittelgehäüse 3 auf kürzeste Weise und mit großem Querschnitt zueinander verbunden. Die Schwingungskurven, welche die Triebwerke gegeneinander aussenden, kompensieren sich.dort so stark, daß nur noch eine kleine Restschwingung dem am Austritt 10 entweichenden Förderstrom überlagert ist. Zudem kann durch geeignete, .an ι.;ί<·ί>

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bekannte Formgestaltung des Saug- und Druckkanals 12 eine zusätzliche Reflexion und Dämpfung der Hydroschwingungen erzielt werd.en.

Im Vergleich zu diesem Triebwerk ist die Schallemission von zwei Einzel-Axialtriebwerken, deren Förderstrom ausserhalb der Pumpe mit Leitungen zusammengeführt wird, wesentlich größer. Der Grund liegt darin, daß jeder einzelne Förderstrom die volle Ungleichförmigkeit'und damit hohe Schwingungsamplituden aufweist und sie über die meist verwendeten Hydroschläuche wie über Schlauchmembranen an die Atmosphäre abstrahlt, bevor die beiden einzeln schwingenden ölströme zusammengeführt werden und sich möglicherweise mehr oder weniger stark in den . Schwingungen überlagern. Dies kann, je nach Leitungslänge und Gestaltung, sogar zu einer gegenseitigen Addition der Amplituden führen mit Schwingungssteigerung.

Bei der erfindungsgemäßen Pumpe ist dies gänzlich unmöglich, weil die Triebwerke ständig mit Winkelversatz laufen und die mit hohen Schwingungen überlagerten Einzelströme der' beiden Triebwerke gar nicht erst ins Freie kommen sondern sich schon innerhalb der Pumpe treffen. Der im wesentlichen schallemittierende, aus dem Gehäuse tretende ölstrom ist bereits auf die beschriebene Weise gedämpft. Selbst wenn man davon ausgeht, daß dieser Ölstrom infolge innerer Zusammenführung und Teilungsversatz zwangsläufig mit doppelter Frequenz und halber Schwingungsamplitude im Vergleich- zum Einzelstrom austritt, wäre er schon wesentlich leiser im Vergleich zum Einzeltriebwerk.

Die erfindungsgemäße Dämpfung bzw. Kompensation der Schwingungen, sowohl auf der mechanischen wie auch auf der hydraulischen ,· Seite, wird im Vergleich zu Einzelpumpen bei zunehmender Drehzahl immer besser. Während bei Einzelpumpen im Quadrat der Geschwindigkeit die mechanischen Schwingungskräfte im Antrieb steigen und das Gehäuse immer zu· stärkerer Schallabstrahlung

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treiben, wird beim erfindungsgemäßen Aggregat durch die .Gegenläufigkeit der entstehenden Kräfte diese gleichermaßen kompensiert. Damit ist die entscheidende Voraussetzung dafür geschaffen, die leistungssteigernde Dreh- · zahl wesentlich zu erhöhen, ohne im gleichen Maße die Schallemission zu.steigern, wie dies von bekannten Hydropumpen her bekannt ist. Tatsächlich war diese Schallemission bisher das entscheidende Hemmnis dafür, Axialkolbenpumpen mittlerer Größe (beispielsweise mit ca. 100 cm³ Verdrängung pro Umdrehung) auf Drehzahlen von über 3000 UpM zu steigern . Bei Drücken von 200 - 300 bar erzeugen in der Praxis diese Aggregate eine Geräuschentwicklung, welche jene von Dieselmotoren übersteigt. Die Robustheit der Axialkolbenpumpen, ihre geringe Leckage, geringe Schmutzempfindlichkeit und Eignung für hohe Drücke ist jedoch gerade für die allgemeine Industrie und auch für die Kombination mit leisen Elektroantrieben dringend erforderlich. ' ·'

Damit eröffnen sich diesem erfindungsgemäßen Triebwerk große Möglichkeiten in der modernen Stationär- und Mobil-Hydraulik. Der hohe Wirkungsgrad von Axialkolbenpumpen erlaubt beachtliche Energieeinsparung im Vergleich zu anderen Pumpen, welche bisher an vielen Stellen der Industrie .nur wegen ihrer Geräuscharmut eingesetzt werden mußten unter Inkaufnahme von beachtlichen Energieverlusten. Diese müssen andererseits durch teure Kühlanlagen.mit zusätzlichem Energieaufwand wieder beseitigt werden.

Wie bei Schrägscheiben-Pumpen üblich, arbeitet dieses Aggregat vorwiegend im geschlossenen Kreislauf. Die notwendigen Steuereinrichtungen, wie überdruckventil, Einspeise- und Ausspülventil, Servoventile zur Steuerung usw. werden auf bekannte Weise in den einzelnen Gehäuseteilen der erfindungsgeirtäßen Pumpe eingebaut bzw. daran geflanscht.

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Bei einer weiter denkbaren Ausführungsart dieser erfindungsgemäßen Pumpe können die beiden Axial-Kolbentriebwerke auch auf der Antriebsseite gekuppelt werden, indem eine gemeinsame Schrägscheibe mittig angeordnet ist und die Kolbenschuhe beider Triebwerke auf den gegenüberliegenden Seiten der gemeinsamen Schrägscheibe gleiten. Dann ist die Hydroseite der Triebwerke an den gegenüberliegenden Enden der Pumpe. Hierbei ist denkbar, daß innerhalb des Gehäuses die Zulauf- und Auslaufkanäle der beiden Triebwerke auf kürzestem Wege verbunden sind und mit einer gemeinsamen Leitung nach aussen münden.

Hierbei werden wenigstens die mechanischen Triebwerks-Schwingungen in axialer Richtung weitestgehend kompensiert, wie eingangs beschrieben. Die infolge von Hydroschwingungen . bedingten Schallabstrahlungen der beiden Gehäuseenden sind dagegen ungünstiger als bei der zuerst geschilderten und in der Abbildung dargestellten Bauart.

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Claims (1)

1. 3.11.80 ks-sa

   Dipl.-Ing. Karl Schlecht 7000 Stuttgart 70, Hainbuchenweg 47

   Koaxial-Doppelpumpe

   Ansprüche

   Koaxial-Doppelpumpe, bei welcher 2 Axial-Hydro-Kolbentriebwerke mit gemeinsamem Antrieb in einer Einheit montiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die als Pumpe arbeitenden Triebwerke (1+2) auf gemeinsamer Achse (4) gleichgerichtet laufen und die je- . weiligen Zu- und Auslaufkanäle beider gegenüber liegenden Triebwerke in je einen gemeinsamen Saugkanal (9). bzw. Druckkanal (12) münden.

   2; Koaxial-Doppelpumpe nach Anspruch 1, dadurch

   ■gekennzeichnet , daß die beiden Hydroseiten der einzelnen Triebwerke (1 +2) einander zugekehrt sind und die beiden Zu- und AuslaufSeiten der Triebwerke in gemeinsamem Saugkanal (11) und Druckkanal (12) zusammenmünden, welche in gemeinsamem Mittelgehäuse (3) zweckmäßig ausgebildet werden.

   3. Koaxial-Doppelpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kolbentriebwerke der Pumpe (1+2) auf der gemeinsamen Welle (4) in Drehrichtung eine halbe Kolbenteilung versetzt montiert sind.

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   4. Koaxial-Doppelpumpe nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet ,daß die beiden Schrägscheiben (5 + 6) auf bekannte Weise schwenkbar ausgeführt und miteinander mechanisch oder hydraulisch gekoppelt sind. ·

   5. KoaxialrDoppelpumpe nach Anspruch 1-4' dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Schwenkscheiben (5+6) parallel zueinander schwenken.

   6. Koaxial-Doppelpumpe nach Anspruch V- 5, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Triebwerke antriebsseitig gekoppelt sind, d.h. eine gemeinsame Schrägscheibe bzw. Schwenkscheibe haben und die Saugbzw. Druckauslässe der beiden Triebwerke auf kürzestem Weg zusammengeführt werden, vorzugsweise innerhalb des gemeinsamen Gehäuses.

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